何富其

（綿陽職業(yè)技術學院，四川 綿陽 621000）

我國工程機械之所以會缺乏競爭力，主要是因為大修壽命時間短且可靠性低，日前這一問題也受到了社會行業(yè)內的熱點關注對象。針對這些問題，我國提出了研究工程機械動態(tài)性能的措施，這能夠從根本上解決可靠性問題，并且有益于工程機械節(jié)能減排和作業(yè)品質等問題的解決，本文將對現場試驗與臺架模擬實驗等對機械動態(tài)性能的基本手段的研究，進行舉例說明。筆者經歷了一番實踐與思考，認為加強工程機械動態(tài)性能研究，是解決問題的根本途徑與出路。

1 工程機械可靠性的內涵

工程機械的可靠性，其實是指在規(guī)定的時間內及工作條件下，產品完成所規(guī)定功能用途的能力。但是產品可靠性的保障，仍是一個綜合性問題，提高制造品質以及產品設計，是解決工程機械的可靠性的最為根本的方法。

通常情況下，可靠性設計應該采取袷度法加大關鍵性零部件的安全系數，并確保有些可靠性的儲備。從總的方面來看，提升工程機械可靠性，有利于保障產品的工作能力在比較長的時間內維持不變。但由于故障的發(fā)生，在一定程度上可以說是一種隨機發(fā)生的事情，因此無法避免故障的發(fā)生。在使用周期內，產品要在規(guī)定的維修條件下，保證工作性能的能力稱為產品可靠性設計，其以提高產品的耐用性、持久性為重要內容，以提高經濟效益。

2 我國工程機械可靠性的現狀

根據資料顯示，國際工程機械產品1 000 h可靠性試驗和“二包”期內的平均無故障工作時間（MTBF）為500～800 h，而我國水平僅為150～300 h，遠低于國際水平。

倘若不使用進口的發(fā)動機的話，我國產品的大修期壽命僅僅為4 000～5 000 h，而國際水平卻能達到8 000～10 000 h。由此可以看出，我國工程機械缺乏競爭力，主要與可靠性低和大修壽命時間短這兩種問題有關。

此外，根據統(tǒng)計數據，我們可以看到，在我國工程機械發(fā)生率中，有30%的故障，屬于發(fā)動機故障；而大約25%～35%的故障，是液壓系統(tǒng)故障；約20%的故障，是傳動系統(tǒng)故障；剩下的則是結構件焊縫開裂及制動系統(tǒng)故障等。

3 可靠性差的主要原因

對工程機械可靠性造成影響的因素有很多，比如說設計、材料、制造及使用等諸多因素，但是唯獨缺乏機器動態(tài)性能研究，這才是其根本性的研究。與其他機械所不同的是，由于大多數工程機械都是在野外作業(yè)并且負荷、工況及負荷變化都是多變的，而且也存在機械工程有連續(xù)施工之類的許多苛刻要求。這些，都要求工程機械的可靠性與適應性能夠取得進一步發(fā)展與提高。而所謂的動態(tài)性能，則是指在工作負荷不斷變化的動態(tài)條件下，機器所顯示出來的燃料經濟性、動力性和作業(yè)性能。

就以雙鋼輪振動壓路機為例來說明，這是一種主要用來壓實路基材料的循環(huán)作業(yè)式機械。在振動壓路機處于起步階段的時候，從靜止到恒速前進時，整車需要克服機器本身的平動慣性力。此外，無論鋼輪是高速旋轉振動還是從靜止到勻速行駛，都需對慣性力矩進行克服。然而屬于大慣性系統(tǒng)的鋼輪和壓路機機體平動或轉動時，外負載變化大而且程度劇烈。一方面這必然會沖擊到振動液壓系統(tǒng)以及行走驅動，從而使液壓元件的使用壽命及其性能降低；另一方面，鋼輪對地面的力、力矩等作用變化大，致使相當不均勻的地段實度的現象發(fā)生，更有甚者，還會形成一種材料推移的現象。但是，起步過程不能花費太多的時間，不然，會使有效壓實時間降低，并造成鋼輪起振越過共振點時產生共振現象，而這些都會大大地損害機器與被壓材料，當然這樣類似的現象，在機器停止時也會存在。

與此同時，在起步階段以及停車階段急劇變化的外載荷，容易造成發(fā)動機的功率及轉速的波動變化，尤其是在停車時，機器所產生的巨大慣性致使反托制動發(fā)動機，導致發(fā)動機的可靠性及使用壽命大大降低，除此之外，還會對發(fā)動機的使用性能造成影響。

4 大力提升可靠性的策略

為了提升產品的自動化程度，以及增加一些新的功能和作用，機電一體化被廣泛的應用于工程機械中，并伴隨著機電一體化的發(fā)展，得到更大范圍的應用。因此在產品的設計階段，憑借診斷技術和冗余技術，充分應用發(fā)揮機電一體化技術的優(yōu)勢，調整并診斷自動修復產品，使其與工作條件相適應，完成規(guī)定任務的能力，以及長時間內能夠保持水準。

4.1 診斷技術

診斷技術的實施，主要是依靠暴露故障的手段，以使產品的可靠性得到提高。其中有一種方式是監(jiān)測故障，它是憑借對正處于工作狀態(tài)中的診斷對象進行試驗，然后對產品中的相關器件所處的程度進行確定，以查明產品品質及能力不斷下降的因素，從而找到故障的種類和具體的位置。比如柴油機上所配備的壓力表、風冷柴油機的風扇、燃油表、機油油溫表、水冷柴油機的水溫表、皮帶報警器、空濾器負壓顯示器等器件。

為了預測抑或是及時發(fā)現并且解決故障，應該監(jiān)測柴油機的關鍵部位，以防發(fā)生永久性故障，比如說產品失效故障。另外一種方式，則是故障發(fā)生之后，試驗性測試診斷正處于非工作狀態(tài)的診斷對象，在不拆卸的前提下，對產品的工作能力進行評價，以對故障的位置及其種類進行迅速的確定，并對產品的設計規(guī)定功能進行進一步恢復。

4.2 診斷技術的分類

診斷技術可以分為工作冗余與備件冗余兩種。其應用有利于充分利用冗余技術。并聯(lián)工程液壓系統(tǒng)中的兩個單元，讓其同步工作，以保障系統(tǒng)的可靠性，即不管任何一個單元失效，另一單元仍能進行工作。但如此一來，會造成單元的升溫不符合系統(tǒng)的升溫，因此系統(tǒng)還應設置冷卻器，但也有其可行性，有利于設計制造成本以及系統(tǒng)的可靠性的提高。

因此，可以采取備件冗余的方法，去對失效檢測與轉換裝置進行設置。但倘若有一個工作單元失效，譬如說柴油機不能啟動低溫，可以并聯(lián)另外一套低溫預熱起動裝置，依靠這去代替失效單元，從而在根本上提升柴油機在冬季使用時的可靠性。經過以上一系列的分析，工程機械應在設計產品的可靠性時，充分考慮到安全系數法，即裕度法，大力應用機電一體化的優(yōu)點，大力宣傳冗余技術和診斷技術的應用，站在更換器件、診斷故障及修復的角度上，進行可靠性設計。

隨著全液壓工程機械液壓系統(tǒng)日趨復雜化及液壓元件與日劇增的精密化，液壓油的要求也變得越來越高。設計液壓系統(tǒng)時，采取編制產品維修手冊的方式，設置液壓油油溫和濾清器的負壓的工作狀態(tài)的元件進行檢測，并且設置測壓口在液壓系統(tǒng)中，以快捷地排除故障和隱患，為用戶提供了方便，從而提高產品的可靠性使永久性故障得到減少；除此之外，還有利于產品使用壽命的延長。

4.3 機械可靠性的優(yōu)化

采用常規(guī)優(yōu)化設計方法，之所以很難反映產品運行的真實狀況，是因為可靠性指標以及體積、總質量和成本等因素未能被考慮。但是在設計時，如若僅僅采取可靠性設計與優(yōu)化設計方法，是很難得到理想化的結果的；而如果使優(yōu)化技術與可靠性設計理論相結合，就可以彌補前兩者的不足之處，從而達到目標。

除此之外，為了使機器的各種零件的可靠性水平達到最佳，以及整機及其部件的最佳設計方案得到確定，就應該優(yōu)化分配工程機械的可靠度。同時，優(yōu)化設計工程機械產品參數，有利于產品合理可靠，技術性能指標優(yōu)良，價格成本低廉。在工程機械產品設計的過程中，可靠性優(yōu)化設計，也隨著日趨大型化、復雜化的工程機械產品的發(fā)展，而逐漸被廣泛應用。

5 結束語

綜上所述，我國工程機械缺乏競爭力的主要問題，就是可靠性低與大修時間壽命短。而通過一系列的實踐也表明，研究工程機械動態(tài)性能，是我國機械可靠性問題得到解決的根本途徑之一，同時也有利于工程機械作業(yè)品質與節(jié)能減排等問題的解決，而現場試驗與臺架模擬試驗，是研究工程機械動態(tài)性能的基本手段。

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